РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ОСОБЕННОСТЯХ
МЕХАНИЗМА ДЕЙСТВИЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА НА ПОВЕРХНОСТИ
РАЗДЕЛА МЕЖДУ
КОМПОНЕНТАМИ СИСТЕМЫ «ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ВЯЖУЩЕЕ-
ЗАПОЛНИТЕЛИ – УСИЛИВАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ»
Согласно определения [111], строительные конструкции представляют собой
структурный элемент, входящий в систему более сложной конструкции, здания или
сооружения. Следовательно, строительная конструкция, усиленная бетонным или
железобетонным элементом, также представляет собой многокомпонентную систему,
элементами которой являются: бетон усиления, усиливаемая конструкция и граница
раздела между ними. Бетон, предназначенный для усиления строительной
конструкции, согласно [111], также представляет собой полиструктурную систему
«матрица – заполнитель – поверхность раздела между ними», в которой матрицей
является цементный камень. В то же время, цементный камень является продуктом
гидратации дисперсной системы «дисперсная фаза – дисперсионная среда», в
которой дисперсной фазой являются частицы вяжущего гидратационного твердения, а
дисперсионной средой – вода или водные растворы химических веществ. Структура
цементного камня, согласно [120], определяется видом и содержанием гидратных
соединений и не прореагировавших зерен, объемом и размером пор, в том числе и
технологических трещин [111], образующихся при гидратации исходных частиц
цемента, взаимным расположением всех элементов структуры.
Принимая во внимание многоуровневый характер организации структуры бетона, как
полиструктурной системы [111], в исследованиях рассматривались его свойства на
различных структурных уровнях и влияние свойств структурных уровней на свойства
бетона, как системы, в целом, а также его свойств на свойства многокомпонентной
системы «бетон усиления – усиливаемая конструкция».
2.1. Дисперсная система «гидравлическое вяжущее – комплексное
поверхностно-активное вещество»
В настоящее время известно значительное количество вяжущих веществ, получение
которых основано на различных принципах и исходных компонентах. Однако выбор
материала для ремонта строительных конструкций, как указывалось выше (см. разд.
1), ограничивается условиями его использования. Так в работе [196] показано,
что при восстановлении, усилении и защите железобетонных конструкций не
допускается последовательное применение бетонов и растворов, приготовленных на
различных цементах. Следовательно, для ремонта конструкций, выполненных из
бетона на портландцементе и его разновидностях, а также конструкций,
выполненных из силикатного кирпича, следует ограничиваться применением вяжущих
веществ, основой которых является либо портландцемент, либо портландцементный
клинкер.
В то же время известны шлакощелочные вяжущие вещества, которые обладают целым
рядом положительных, с точки зрения ремонта строительных конструкций, свойств,
таких как высокая скорость набора прочности и ее конечная величина, высокая
коррозионная стойкость, морозостойкость и плотность, низкая проницаемость [65,
66, 90, 116, 221, 280]. Наиболее эффективными, с этой точки зрения, являются
шлакощелочные вяжущие вещества на основе жидкого стекла [65]. Это обуславливает
интерес применения шлакощелочных вяжущих веществ для ремонта строительных
конструкций.
Изложенное обусловило ограничение применения в исследованиях портландцементного
клинкера и шлакощелочного вяжущего, щелочным компонентом которого является
жидкое стекло, как основы для получения специальных вяжущих веществ.
2.1.1. Дисперсная система «портландцементный клинкер – комплексное
поверхностно-активное вещество». В данной дисперсной системе сразу после ее
получения начинают происходить конденсационные явления.
При этом, в первую очередь, происходит конденсация поверхностно-активных
веществ (ПАВ), как наиболее активных веществ, на поверхности дисперсной фазы
системы. Адсорбция дифильного щелочного молекулярно-коллоидного ПАВ на
поверхности трехкальциевых алюмината и силиката, в зависимости от его
концентрации в системе, может проходить по трем схемам (рис. 2.1.а…2.1.в).
Очевидно, что характеристикой содержания ПАВ данного вида является не только
их концентрация в системе, а и количество их молекул (частиц). Так, для
дифильного молекулярно-коллоидного ПАВ, содержащего короткие углеводородные
радикалы, при определенной его концентрации, количество его молекул будет
значительно и, с наибольшей вероятностью, на поверхности трехкальциевого
силиката будут адсорбироваться его мицеллы (рис. 2.2.а) и поверхность
трехкальциевого силиката будет гидрофилизирована либо эта поверхность будет
полностью покрыта молекулами ПАВ и будет гидрофобизирована. В обоих случаях
происходит торможение гидратации трехкальциевого силиката.
С увеличением длины углеводородных цепей ПАВ, при его постоянной концентрации
по массе, будет уменьшаться количество молекул ПАВ в системе, что обеспечит
уменьшение их количества, адсорбированного на поверхности трехкальциевого
силиката, которая будет либо гидрофобизирована полностью и будет тормозиться
гидратация трехкальциевого силиката, либо гидрофобизирована на отдельных
участках и торможения гидратации происходить не значительно, либо ее торможения
вообще не будет (рис. 2.2.в).
Таким образом, увеличение длины углеводородных радикалов дифильного
молекулярно-коллоидного ПАВ и уменьшение его концентрации обеспечивает
протекание процессов гидратации трехкальциевого силиката. Кроме этого,
повышается прочность продуктов его гидратации за счет уменьшения количества
воды около его поверхности, вследствие частичной ее гидрофобизации, наличие же
углеводоро